Способ определения глубины залегания слоя скачка плотности морской воды

 

Изобретение относится к океанографии. Сущность заключается в том, что измеряют вертикальный профиль интенсивности флуоресценции растворенных органических веществ и находят глубину с максимальным вертикальным градиентом интенсивности, которая соответствует глубине залегания слоя скачка плостности. 1 ил.

Изобретение относится к океанографии, преимущественно к физике морской воды, и может быть использовано при определении глубины залегания слоя скачка плотности морской воды.

Известен способ определения глубины залегания слоя скачка плотности морской воды, основанный на зависимости скорости звука от плотности морской воды, температуры и давления. В этом способе измеряют вертикальное распределение скорости звука, от плотности морской воды, температуры и давления. В этом способе измеряют вертикальное распределение скорости звука, температуры и давления, по результатам находят вертикальное распределение плотности, на основании этих данных определяют глубину с максимальным градиентом плотности, которая соответствует глубине залегания слоя скачка плотности.

Известен способ определения скачка плотности морской воды по измеренным значениям температуры, солености и давления.

Согласно этому способу проводят одновременное измерение вертикального распределения температуры, электропроводности и давления в морской воде, по ним с помощью океанографических таблиц и формул определяют плотность морской воды на различных глубинах и находят глубину с максимальным градиентом плотности, которая является глубиной залегания слоя скачка.

Этот способ требует проведения предварительных измерений трех независимых параметров, по которым затем с использованием океанографических таблиц и формул рассчитывается плотность морской воды. Такие измерения не отличается оперативностью, требуют наличия трех разных измерительных датчиков и соответственное обеспечение для расчетов. С этой целью обычно используется СТД (соленость, температура, давление) - зонд, по данным которого в последующем проводится ручной расчет на ЭВМ по специальной программе плотности морской воды и определение глубины залегания слоя скачка плотности.

Целью изобретения является упрощение и повышение оперативности определения глубины залегания слоя скачка плотности моря.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют вертикальный профиль интенсивности флуоресценции растворенных в морской воде органических веществ и находят глубину с максимальным вертикальным градиентом интенсивности, которая соответствует глубине залегания скачка плотности.

Физической основой способа является зависимость скорости оседания взвеси от плотности воды, которая подчиняется закону Стокса V = gr² где V - скорость погружения частиц; g - ускорение свободного падения; r - радиус частицы; ρ- плотность частицы; ρ_o- плотность морской воды; η- вязкость окружающей воды.

В процессе оседания органической взвеси и детрита из приповерхностного слоя моря в области скачка плотности морской воды, за счет ее резкого увеличения, происходит уменьшение скорости осаждения и накопление мелкой и легкой фракции оседающей органической взвеси и растворенных органических веществ на этом слое. Это ведет к увеличению концентрации растворенных органических веществ в слое скачка плотности и, как следствие, увеличение интенсивности флуоресценции растворенных органических веществ, профиль которой в результате, повторяет профиль скачка плотности морской воды, что и регистрируется погружным флуориметром.

На чертеже представлены результаты определения, где кривая 1 - профиль плотности морской воды и кривая 2 - профиль интенсивности флуоресценции растворенных органических веществ, полученные на одной из станций.

П р и м е р. В Черном море на площади 960 кв. миль в разное время суток при минимальном удалении от берега ≈ 9 миль и максимальном 60 миль гирляндой батометров Нансена проводился отбор проб морской воды с горизонтов: 10, 20, 30, 40, 50, 75, 100 и 125 м. Температура воды определялась опрокидывающимся термометром, а соленость - электросолемером ГМ-65. Затем на ЭВМ "Искра-226" с использованием океанографических таблиц по специальной программе проводился расчет плотности морской воды и определялся скачок плотности. Параллельно в этих же пробах проводилось измерение флуоресценции растворенных органических веществ на лабораторном флуориметре при возбуждении флуоресценции азотным лазером ИЛГИ-503 ( λ_ген 337 нм). Величина интенсивности флуоресценции растворенных органических веществ (L_o) нормировалась на интенсивность спонтанного комбинационного рассеяния воды (R_o) и определялась в виде Φ_o=L_o/R_o .

Проведенные измерения показали, что профили интенсивности флуоресценции растворенных органических веществ и плотности морской воды в указанном диапазоне глубин были подобны и коэффициент линейной корреляции между ними равнялся 0,99.

В таблице приводятся величины градиентов плотности морской воды и интенсивности флуоресценции растворенных органических веществ, полученные в результате проведенных измерений на разных станциях в разных диапазонах глубин.

Из таблицы видно, что областям с максимальным градиентом плотности морской воды, соответствующим слою скачка плотности, соответствуют области с максимальным градиентом интенсивности флуоресценции растворенных органических веществ.

Использование предлагаемого способа определения скачка плотности в морской воде обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: возможность определения слоя скачка плотности морской воды по одному параметру, измеряемому непосредственно в процессе зондирования;
оперативность получаемых результатов за счет практической безинерционности проводимых измерений, обусловленной физическим принципом явления флуоресценции;
проведение данных измерений не требует последующего ручного или расчета на ЭВМ;
возможность дистанционного определения глубины залегания слоя скачка плотности с помощью стробируемых флуоресцентных лидаров с борта движущегося судна, что значительно ускоряет и повышает эффективность проведения таких измерений.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ СЛОЯ СКАЧКА ПЛОТНОСТИ МОРСКОЙ ВОДЫ, включающий измерение вертикального распределения гидрофизических параметров и определение по ним глубины с максимальным градиентом плотности, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения оперативности способа, измеряют вертикальный профиль интенсивности флуоресценции растворенных в морской воде органических веществ и находят глубину с максимальным градиентом интенсивности, которая соответствует глубине залегания слоя скачка плотности морской воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1